发明名称 氮化物半导体元件
摘要 为充分发挥多重量子井构造之活性层的特性,以提升发光输出、并达扩大氮化物半导体元件之各种应用制品的适用范围,本发明系提供一种具有一活性层,该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,且该该n侧区域与 P侧区域中的至少一方中系形成有一由2种类之氮化物半导体膜所堆积而成之多层膜层。
申请公布号 TW437103 申请公布日期 2001.05.28
申请号 TW088103785 申请日期 1999.03.11
申请人 日亚化学工业股份有限公司 发明人 三谷 友次;中河义典;高木宏典;丸居宏充;福田芳克;池上武志
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人 蔡坤财 台北巿松江路一四八号十二楼
主权项 1.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为n侧多层膜层,而该n侧多层膜层系一含有In之第1氮化物半导体膜、及一组成系不同于该第1氮化物半导体膜的第2氮化物半导体膜所堆积而成;该第1氮化物半导体膜与第2氮化物半导体膜中至少有一方的膜厚系在100埃以下。2.如申请专利范围第1项所述之氮化物半导体元件,其中上述之第1氮化物半导体膜系由InxGa1-xN(0<x<1)所构成;而该第2氮化物半导体膜系由InyGa1-yN(0≦y<1,y<x)所构成。3.如申请专利范围第1项或第2项所述之氮化物半导体元件,其中上述之第1氮化物半导体膜或第2氮化物半导体膜中至少有一方的膜厚系不同于近接的第1氮化物半导体膜或第2氮化物半导体膜之膜厚。4.如申请专利范围第1项或第2项所述之氮化物半导体元件,其中上述之第1氮化物半导体膜或第2氮化物半导体膜中至少有一方的Ⅲ族元素组成系不同于近接的第1氮化物半导体膜或第2氮化物半导体膜之同一Ⅲ族元素组成。5.如申请专利范围第1项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧多层膜层系邻接于活性层。6.如申请专利范围第1项所述之氮化物半导体元件,其中,该第1氮化物半导体膜与第2氮化物半导体膜系未掺杂质。7.如申请专利范围第1项所述之氮化物半导体元件,其中,第1氮化物半导体膜或第2氮化物半导体膜中的任一方系掺有n型杂质。8.如申请专利范围第1项所述之氮化物半导体元件,其中,第1氮化物半导体膜与第2氮化物半导体膜中系均掺有n型杂质。9.如申请专利范围第1项所述之氮化物半导体元件,其中,该p侧区域中的一氮化物半导体层系为p侧多层膜层,而该p侧多层膜层系由一含有Al之第3氮化物半导体膜、及一组成系不同于该第3氮化物半导体膜的第4氮化物半导体膜所堆积而成;而该第3氮化物半导体膜与第4氮化物半导体膜中至少有一方的膜厚系在100埃以下。10.如申请专利范围第9项所述之氮化物半导体元件,其中上述之第3氮化物半导体膜系由AlaGa1-aN(0<a≦1)所构成;而该第4氮化物半导体膜系由InbGa1-bN(0≦b<1,b<a)所构成。11.如申请专利范围第9项所述之氮化物半导体元件,其中上述之第3氮化物半导体膜或第4氮化物半导体膜中至少有一方的膜厚系不同于近接的第3氮化物半导体膜或第4氮化物半导体膜之膜厚。12.如申请专利范围第9项所述之氮化物半导体元件,其中上述之第3氮化物半导体膜或第4氮化物半导体膜中至少有一方的Ⅲ族元素组成系不同于近接的第3氮化物半导体膜或第4氮化物半导体膜之同一Ⅲ族元素组成。13.如申请专利范围第9项所述之氮化物半导体元件,其中,该p侧多层膜层系邻接于活性层。14.如申请专利范围第9项所述之氮化物半导体元件,其中,该第3氧化物半导体膜与第4氮化物半导体膜系未掺杂质。15.如申请专利范围第9项所述之氮化物半导体元件,其中,第3氮化物半导体膜或第4氮化物半导体膜中的任一方系掺有p型杂质。16.如申请专利范围第9项所述之氮化物半导体元件,其中,该第3氮化物半导体膜与第4氮化物半导体膜中系均掺有p型杂质。17.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为n侧第1多层膜层,而该n侧第1多层膜层系至少由分别掺入不同浓度之n型杂质,且各自具有不同键隙能量的2种氮化物半导体膜所堆积而成,一方掺入n型杂质而另一方则不掺入,且由各自具有不同键隙能量的2种氮化物半导体膜所堆积而成;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为p侧多层膜覆盖层,而该p侧多层膜覆盖层系由分别至少一方掺入不同浓度之p型杂质,且各自具有不同键隙能量的第3.第4氮化物半导体膜所堆积而成;又,该活性层系为一由InaGa1-aN(0≦a<1)所形成的包含多重量子井构造或单一量子井构造。18.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为n侧第1多层膜层,而该n侧第1多层膜层系至少由分别掺入不同浓度之n型杂质,且具有相同组成的2种氮化物半导体膜所堆积而成,一方掺入n型杂质而另一方则不掺入,且由具有相同组成的2种氮化物半导体膜所堆积而成;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为p侧多层膜覆盖层,而该p侧多层膜覆盖层系由分别至少一方掺入不同浓度之p型杂质,且各自具有不同键隙能量的第3.第4氮化物半导体膜所堆积而成;又,该活性层系为一由InaGa1-aN(0≦a<1)所形成的包含多重量子井构造或单一量子井构造。19.如申请专利范围第17项或第18项所述之氮化物半导体元件,其中,该第3氮化物半导体膜与第4氮化物半导体膜中系分别掺有不同浓度的p型杂质。20.如申请专利范围第17项或第18项所述之氮化物半导体元件,其中,该第3氮化物半导体膜与第4氮化物半导体膜中系掺有相同浓度的p型杂质。21.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为n侧第1多层膜层,而该n侧第1多层膜层系至少由分别掺入不同浓度之n型杂质,且具有相同组成的2种氮化物半导体膜所堆积而成,一方掺入n型杂质而另一方则不掺入,且由具有相同组成的2种氮化物半导体膜所堆积而成;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为p侧单一膜覆盖层,而该p侧单一膜覆盖层系由至少一方含有p型杂质之AlbGa1-bN(0≦b≦1)所形成;又,该活性层系为一由InaGa1-aN(0≦a<1)所形成的包含多重量子井构造或单一量子井构造。22.如申请专利范围第18项或第21项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧第1多层膜层系由分别掺入不同浓度之n型杂质之GaN所形成的2种氮化物半导体膜所堆积而成。23.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为n侧第1多层膜层,而该n侧第1多层膜层系至少由分别掺入不同浓度之n型杂质,且具有不同键隙能量的2种氮化物半导体膜所堆积而成,一方掺入n型杂质而另一方则不掺入,且由具有不同键隙能量的2种氮化物半导体膜所堆积而成;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为p侧单一膜覆盖层,而该p侧单一膜覆盖层系由至少一方含有p型杂质之AlbGa1-bN(0≦b≦1)所形成;又,该活性层系为一由InaGa1-aN(0≦a<1)所形成的包含多重量子井构造或单一量子井构造。24.如申请专利范围第17项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧第1多层膜层与活性层之间系更设有一n侧第2多层膜层,其中该n侧第2多层膜层系由一含有In之第1氮化物半导体膜、及一组成不同于该第1氮化物半导体膜的第2氮化物半导体膜所堆积而成。25.如申请专利范围第17项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧第1多层膜层与基板侧之间系设有一含有n型杂质的n侧接触层。26.如申请专利范围第25项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧接触层系形成于一未掺杂质之GaN层上。27.如申请专利范围第26项所述之氮化物半导体元件,其中,该未掺杂质之GaN层系形成于一由低温成长之GadAl1-dN(0<d≦1)所形成的缓冲层上,且于上述p侧多层膜覆盖层或是p侧单一覆盖层上更形成有一含有Mg之p型杂质的p侧GaN接触层。28.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一由复数个氮化物半导体层所构成之n侧区域、及一含有p型接触层且具有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该p型接触层系具有一由组成相异之第1及第2氮化物半导体膜所依序堆积而成的超晶格构造,且上述2个氮化物半导体膜中,至少其中之第1氮化物半导体膜系含有In。29.如申请专利范围第28项所述之氮化物半导体元件,其中,于该第1氮化物半导体膜与第2氮化物半导体膜之间系形成有一组成系从该第1氮化物半导体膜之组成连续变化到该第2氮化物半导体膜之组成的组成梯度层。30.如申请专利范围第28项或29项所述之氮化物半导体元件,其中,该第1氮化物半导体膜与第2氮化物半导体膜系分别含有In,其中该第1氮化物半导体膜中的In含有量系大于该第2氮化物半导体膜中的In含有量。31.如申请专利范围第28项或第29项所述之氮化物半导体元件,其中该第1氮化物半导体膜系由InxGa1-xN所构成;而该第2氮经物半导体膜系由AlyGa1-yN(0≦y<1)所构成。32.如申请专利范围第28项所述之氮化物半导体元件,其中该第1氮化物半导体膜与第2氮化物半导体膜中的一方系掺有p型杂质,而另一方系未掺有p型杂质。33.如申请专利范围第28项所述之氮化物半导体元件,其中,该第1氮化物半导体膜与第2氮化物半导体膜中的一方系掺有浓度在11019/cm3-51021/cm3之间的p型杂质;而另一方所掺浓度系在11018/cm3-51019/cm3之间,且其掺入量系比前者之氮化物半导体膜所掺之p型杂质还少。34.如申请专利范围第28项所述之氮化物半导体元件,其中,该第1氮化物半导体膜系形成于最表面,且形成于最表面的第1氮化物半导体膜系邻接有一p侧电极。35.如申请专利范围第34项所述之氮化物半导体元件,其中,该第1氮化物半导体膜中的p型杂质浓度系大于上述第2氮化物半导体膜。36.如申请专利范围第28项所述之氮化物半导体元件,其中,该活性层与p型接触层之间系设有一由含有Al之氮化物半导体所形成的p型覆盖层。37.如申请专利范围第36项所述之氮化物半导体元件,其中,该p型覆盖层系具有由一以AlxGa1-xN(0<x≦1)所构成的层、以及一以InyGa1-yN(0<y≦1)所构成的层相互交替堆积而成的超晶格构造。38.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为n侧第1多层膜层,而该n侧第1多层膜层系以一由未掺杂质之氮化物半导体膜所形成之下层、一由掺入n型杂质之氮化物半导体膜所形成之中间层、及一由未掺杂质之氮化物半导体膜所形成之上层等至少3层依序堆积而成;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为p侧多层膜覆盖层,而该p侧多层膜覆盖层系由分别掺入不同浓度之p型杂质,且各自具有不同键隙能量的第3.第4氮化物半导体膜所堆积而;又该活性层系为一由InaGa1-aN(0≦a<1)所形成的包含多重量子井构造或单一量子井构造。39.如申请专利范围第38项所述之氮化物半导体元件,其中,该第3氮化物半导体膜中的p型杂质浓度系不同于第4氮化物半导体膜中的p型杂质浓度。40.如申请专利范围第38项所述之氮化物半导体元件,其中,该第3氮化物半导体膜中的p型杂质浓度系同于第4氮化物半导体膜中的p型杂质浓度。41.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为n侧第1多层膜层,而该n侧第1多层膜层系以一由未掺杂质之氮化物半导体膜所形成之下层、一由掺入n型杂质之氮化物半导体膜所形成之中间层、及一由未掺杂质之氮化物半导体膜所形成之上层等至少3层依序堆积而成;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为p侧单一膜覆盖层,而该p侧单一膜覆盖层系由含有p型杂质之AlbGa1-bN(0≦b≦1)所形成;又,该活性层系为一由InaGa1-aN(0≦a<1)所形成的多重量子井构造。42.如申请专利范围第38项或第39项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧第1多层膜层系以一膜厚为100-10000埃,且由未掺杂质之氮化物半导体膜所形成之下层、一膜厚为50-1000埃,且由掺入n型杂质之氮化物半导体膜所形成之中间层、及一膜厚为25-1000埃,且由未掺杂质之氮化物半导体所形成之上层所构成。43.如申请专利范围第38项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧第1多层膜层与活性层之间系更设有一n侧第2多层膜层,该n侧第2多层膜系由一含有In之第1氮化物半导体膜、及一组成不同于该第1氮化物半导体膜的第2氮化物半导体膜所堆积而成。44.如申请专利范围第38项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧第1多层膜层与基板之间系设有一含有n型杂质之n侧接触层。45.如申请专利范围第44项所述之氮化物半导体元件,其中,该n侧接触层系形成于一未掺杂质之GaN层上。46.如申请专利范围第45项所述之氮化物半导体元件,其中,该未掺杂质之GaN层系形成于一由低温成长之GadAl1-dN(0<d≦1)所形成的缓冲层上,且于上述p侧多层膜覆盖层或是p侧单一覆盖层上更形成有一含有Mg之p型杂质的p侧GaN接触层。47.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为一由复数个氮化物半导体膜所堆积而成的n型多层膜层;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为一由复数个氮化物半导体膜所堆积而成的p型多层膜层;且构成该n型多层膜层的组成系不同于构成该p型多层膜层的组成。48.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为一由复数个氮化物半导体膜所堆积而成的n型多层膜层;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为一由复数个氮化物半导体膜所堆积而成的p型多层膜层;且构成该n型多层膜层之氮化物半导体膜的堆积层数系不同于构成该p型多层膜层之氮化物半导体膜的堆积层数。49.一种氮化物半导体元件,其系具有一活性层,其中该活性层系介于一含有复数个氮化物半导体层之n侧区域及一含有复数个氮化物半导体层之p侧区域之间,其特征在于:该n侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为一由复数个氮化物半导体膜所堆积而成的n型多层膜层;该p侧区域中至少有一个氮化物半导体层系为一由复数个氮化物半导体膜所堆积而成的p型多层膜层;且构成该n型多层膜层的组成系不同构成该p型多层膜层的组成,并且构成该n型多层膜层之氮经物半导体膜的堆积层数系不同于构成该p型多层膜层之氮化物半导体膜的堆积层数。50.如申请专利范围第47-49项中之任一项所述之氮化物半导体元件,其中,构成该p型多层膜层之氮化物半导体膜的堆积层数系少于构成该n型多层膜层之氮化物半导体膜的堆积层数。51.如申请专利范围第47项所述之氮化物半导体元件,其中,该n型多层膜层系含有AlzGa1-zN(0≦z<1)、及InpGa1-pN(0<p<1);而该p型多层膜层系含有AlxGa1-xN(0<x<1)、及InyGa1-yN(0≦y<1)。52.如申请专利范围第47项所述之氮化物半导体元件,其中,该p型多层膜层与(或)n型多层膜层系以调变掺杂的方式形成。图式简单说明:第一图为用以表示本发明实施形态1之氮化物半导体元件(LED元件)之构成模式的剖面图。第二图为用以表示本发明之实施例2之LED元件之构成模式的剖面图。第三图为用以表示本发明实施例16之氮化物半导体元件(LD元件)之构成模式的斜视图。第四图为用以表示本发明实施形态2之氮化物半导体元件(LED元件)之构成模式的剖面图。第五图为用以表示本发明实施形态3之氮化物半导体元件之构成模式的剖面图。第六图A为用以表示本发明实施形态4之氮化物半导体元件中,p侧接触层之构成模式的剖面图。第六图B为将第六图A中的In组成以模式表示的说明图。第七图为对应于本发明之多层膜(p侧接触层)波长之光吸收率的说明图。第八图为用以表示本发明实施形态5之氮化物半导体元件(LED元件)之构成模式的剖面图。第九图A为实施形态5中,用以表示对应于未掺杂値之上层305c膜厚之Po及Vf之相对値的说明图。第九图B为实施形态5中,用以表示对应于未掺杂値之上层305c膜厚之静电耐压相对値的说明图。第十图A为实施形态5中,用以表示对应于中间层305b膜厚之Po及Vf之相对値的说明图。第十图B为实施形态5中,用以表示对应于中间层305b膜厚之静电耐压相对値的说明图。第十一图A为实施形态5中,用以表示对应于未掺杂値之下层305a膜厚之Po及Vf之相对値的说明图。第十一图B为实施形态5中,用以表示对应于未掺杂値之下层305a膜厚之静电耐压相对値的说明图。
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